自动焊接计算机控制系统的设计外文翻译资料

摘要：本文主要介绍了造船双壳结构的移动焊接机器人。机器人用于在封闭的双船体结构焊接领域，该机器人能够通过600毫米的宽800毫米高接入孔。该研究解决了机器人的机械和控制系统。该机器人的机械系统由一个八轴的移动平台，和一个六轴焊接部组成。控制系统由一个主控制器，一个焊接机的控制器（电弧传感器板），以及焊缝跟踪传感器，即触摸传感器，激光传感器，和电弧传感器。 为了减少将被拖动电缆的数量焊接机器人，主控制器被设计成一个被安装在移动的背面嵌入型平台。

关键词：移动焊接机器人，双船体结构，工业自动化

1引言

对于自主的焊接任务的需求增加的情况，最近在船厂，因为他们对生产力提高的要求和恶劣的工作环境等问题，自20世纪90年代以来，自主焊接任务有被用于通过多轴机器人等许多应用执行。然而，这种机器人在固定位置工作，且需要一个起重机来移动机器人。从一个工作位置到另一个位置[1-3]。 此图描述了自驾车的移动焊接事业的发展机器人不需要一个起重机或为一个台架设备，并且其目的是为在双船体使用船舶结构。

1.1双船体结构

油轮，集装箱船，液化天然气运输船，并应提供液化石油气运营商，具有双船体结构，以保持结构稳定性并防止意外，造成环境污染。图1显示了双壳一个非常大的结构。它是目前难以自动化制造的一个双壳结构，因为需要增加的条块分割造成对环境安全的危害。由于这些原因，许多研究集中于自动化生产的此问题 [4]。

1.2焊接目标在一个双壳结构和无障碍的双船体结构，由顶板和底板的大梁和横向网络地板组成。这两个板块覆盖顶部和双船体结构的底部。大梁和横向网络层划分的双船体结构成多个闭合的部分。在每一部分中，有几个增强纵向加强筋平行地排列，这些包含许多小的补强

加强筋。图2示出所提出的焊接目标机器人（U形部分）。焊接目标是位于顶部和块的底部两者。当焊接的时候块是开放式的，只有一面是焊接目标;另一侧的块后成为焊接目标成U型。出于这个原因，建议机器人需要在闭合块内进行运转。自驾车的移动焊接机器人纵向移动方向和横向和焊缝的U形区域在双船体结构（图2）。里面放置本身双船体结构，所述机器人要通过一个600毫米宽和800毫米高的访问穿孔（图3）。

1.3相关工作

利用固定多轴机器人机器人焊接系统在单壳结构应用于许多船厂。 例如，在韩国，使用称为DANDY[5]的固定六轴机器人由大宇自动焊接单壳结构造船及海洋工程

（图4）。安装在天花板上的悬挂式台架起重机在制造工厂之间移动DANDY的焊接位置。然而，DANDY不能在一个用于双壳结构，因为门式起重机是无法处理这样一个封闭环境中的机器人。无轨加强件通过利用两组磁检索器（图5）。然而，机器人有两个限制。首先，范围在横向方向上的砂矿的限制的位置的六轴操纵器。第二，机器人太大通过600毫米宽由800毫米高访问穿孔，所以每一个web地板需要用永久性开放的1600毫米9800毫米尺寸，从而改变结构设计。 [6]开发的机器人系统RRX3为焊接双层结构。在我们的研究中，我们开发了一个不同版本的RRX3的。在这个展示的机器人纸有横向运动不同的机制

并且是在宽度大于RRX3，700毫米左右较小，从而在一起能够更好地辅助功能可能比RRX3，因此所提出的机器人将能够焊接目标而不是RRX3访问。另外，运动控制器和交流伺服此版本的电机驱动器机器人是专门开发的。相比之下，商业控制器和驱动器用于RRX3。以上讨论的各种机器人的差异在表1中

2系统概述

在这个开发的自驾车的移动焊接机器人研究进入一个双船体结构和焊接的U形

焊接区域，如图所示。 焊接后，机器人在横向方向上和整个自主移动为了焊接另一相邻的纵向加强U形区。 在自主移动机器人的纵向方向，利用纵向加强件作为轨道，到需要焊接的下一个位置。为了减少由机器人拖动电缆的数目时，主控制器被安装在机器人的背面。然而，在焊接机器提供焊接电力放置双壳结构的外侧，因为它太大且重，将被安装在移动焊接

机器人。

2.1自行运动

机器人可以在纵向中自主移动，使用方向的加强筋，如轨道，以及在该横向方向，如图所示7.机器人可以不本身旋转。如果只有一个机器人在工作块，它需要一个手动偏航运动来焊接

两个连续的舱壁的U形。然而，一些机器人必须同时操作，以在4小时之内完成，这是节拍时间对于一个焊接作业块的要求。与多个机器人操作时，没有必要为一个单一的机器人焊接两个连续的U形舱壁。

2. 2感应焊接

机器人可以在一个双壳结构焊接多个部分。每一焊接任务的开始用激光传感器，其检测的开始和结束点焊接。机器人也是与电弧传感器相连，其能够跟踪机器人的供给焊接路径。

2.3设计

机器人需要通过进入孔。因此，机器人的体积应限制在进入孔的尺寸， 出于这样的原因，该机器人具有一个铰链，以利于焊接部折叠，从而减小机器人的尺寸至1137毫米宽9623毫米高，这使得机器人可以穿过进入孔（图8）。

3自驾车的移动焊接机器人的开发

本节介绍的是新发展设计自驾车的移动焊接机器人。它运行在在纵向两个纵向加强筋的面孔

方向和横向方向上，被移动时，延长其两个滑动手臂。这个运动动作，它允许焊接U形焊接区在一个双壳结构，如图 2。

3.1机械系统

如图。图9和10的机械系统机器人由一个自驱动，八轴移动的平台允许机器人移动到任何位置双船体结构。六轴焊接单元执行焊接在U形区域。

3.1.1 Mobile平台

移动平台驱动在纵向的机械手和横向方向。它由三部分组成：该上部滑动部件，所述下滑动部件，和驱动轮（图11）。焊接单元被安装在上滑动的顶使用线性运动（LM）导轨，而下部

滑动部附经由该上部滑动部件的下方导轮（图12）。该上部滑动部件具有伺服电机，它被连接到的齿条 - 小齿轮系统下滑动部分，使下部滑动部分移动横向（图12）。

下部滑动部分具有两个滑动臂（图13）。当机器人在横向上移动时，下部滑动部分伸出它的两个滑动手臂。该然后放下滑动部分固定在三个纵向的面孔加强件，而该上部滑动部件在移动横向方向。驱动轮被连接到上侧滑动部（图14）。当机器人在纵向移动方向，每一侧马达同时驱动机器人。为了防止机器人跌倒，二导向辊安装到该驱动轮的一侧。

3.1.2焊接机

安装在该上部滑动部件的顶端的焊接部能够焊接的U形区域的六轴装置（图15）。由于U型所需的焊接路径面积几乎是线性的，在焊接部包括三个棱柱关节在x，y和z轴的方向和三个旋转接头。各类焊接姿势是用模拟通过定位焊三维CAD程序单元，用于将U形所需的焊接路径上焊接领域。焊接部与干扰双层船体结构部件结合然后通过检查仿真（图16）。

3.2控制系统

该控制系统包括一个主控制器，焊接机控制器（电弧传感器板），和焊缝跟踪传感器（即，触摸传感器，激光传感器和电弧传感器）（图17）。焊接过程中，主控制器需要控制机器人和焊接机器。由于主控制器是安装在移动平台上，我们开发了焊接机器控制器称为电弧传感器板，和安装它的焊接机。主控制器在焊接机器控制器通过RS485发送焊接信息。该控制系统配置图17

3.2.1主控制器

如果主控制器位于双船体外结构，机器人需要拖很长时间通电电缆和编码器电缆。为了避免这种情况，我们在背后安装的主控制器移动平台（图18）。

主控制器由CPU板，运动控制器，可以为所有的执行线性插值14轴，以及14交流伺服电机驱动器。 CPU板计算起始点和结束点进行焊接，生成焊接路径，为机械手计算所有关节的角度。运动控制器从接收命令CPU板和控制14交流伺服电机驱动器，其中控制14交流的交流伺服电机。

3.2.2电弧传感器板

为了使主控制器发出命令，并发送焊接信息传达给焊接机，我们设计了一个叫做焊机控制器的电弧传感器板，它能够感知数字和模拟信号之间的转换（图19）。

3.3焊接功能

要执行焊接任务，由几个作业文件命令从CAD数据自动生成块并传递到机器人的嵌入式控制器。作业文件提供给机器人粗糙钢槽的位置。其检测的精确程度在于使用触摸和激光传感器感知钢槽的位置。在主控制器CPU板然后生成基于该感测结果焊接路径及焊接机控制器通过一个弧形执行焊缝跟踪而焊接进行传感器算法。机器人被连接到位于焊接机通过焊接电源线的块外，为50米长。因为这个有限长度的线，机器人的运动通常是有限的。然而，电缆长度足以使机器人进行焊接在封闭的块，这是典型的任何位置。

4配售装置

本节介绍 机器人配售设备

双船体结构的内部。图23和24示出功能和运动配售装置，它可以容易地组装和拆卸。配售设备升降机机器人（图24）和它传递到位于另一载置设备横向网络地板的另一面（图24）。该第二配售设备然后将这些机器人上的两纵加强筋（图24）。

5测试机器人

为了验证流动性和的焊接质量机器人，我们构建了由纵向一试块加强筋构成的加固装置。图25示出的自驱动运动中的机器人的横向方向，以验证其流动性。该移动焊接机器人延伸其手臂滑动到下一个纵向加强筋（图25 ），然后移动到在下一个纵向加强筋（图25）。然后，它绘制在其滑动臂（图25，TH）。大约需要移动焊接机器人1.5分钟到移动到下一个纵向加强筋。虽然DANDY只要求约1分钟完成这个任务，而DANDY需要手动操作龙门起重机。图26示出了U形焊接区在本节进行焊接试验。在移动后的横向方向，在CPU板计算的开始​​和使用激光和触摸焊接路径的终点传感器（图27）。

6结论和未来的工作

本文描述了一种新的发展设计自驾车的移动焊接机器人，它能够迅速的移动，并在一个双壳结构内焊接。 核实流动性后和我们所提出的焊接机器人，我们进行机器人的纵向的测试和横向的测试，以及相关焊接试验。 结果这些试验是令人满意的。

1步进梁式加热炉5号投产于1977年1月，以服务2000厂在新利佩茨克的冶金厂;对于当地的自动控制系统常规加热涉及的新设备，用于对苏联的第一次联盟，电气控制复杂的微电子版本。

2电气控制复杂设备是由科学研究院研制，（在切博克萨雷），它已被伊万诺 - 弗兰科夫仪器厂投入批量生产。设计为本地控制系统，所述自动化控制系统的组成部分分为炉和工厂部分，由国家设计研究院制定了铸造和轧机机组。

3该系统基于复杂的电控系统，因为大量的设备和复杂的整体和高功能的能力增强单个亚基的能力，这减少了控制装置的体积和通信线路的数量。与电气控制内置的本地系统相比，复杂的亚基具有良好的输入 - 在一个控制计算机复杂（CCC）的输出匹配自动化过程控制系统。以便减少干扰而提高保护水平的CCC中央部分，所有的信号与导电分隔送入; 相比于所有其他控制装置元件，一个重要的优势就是它的紧凑性。

4加热炉用于供给天然气和高炉煤气的混合物，运送到双通道的燃烧器（安装在所述燃烧器壁在上部加热区和在下部区域的侧壁）。每个区有两个参数自动控制：温度和空气消耗率。一般炉的参数是受控于在炉中的压力，并防止热风风扇过热。

5控制电路的结构的温度和混合气体，采用电控控制亚基耗气量比在区一上，

标示于图 。四热电偶，两个主要的（工作）的仪器和两个储备，被安装在上部区域，以测量温度。

6温度控制电路解决了该区域稳定的平均温度的问题。为了提高电路的可靠性，规定为自动进行在反向热电偶代替，实现故障的主热电偶的切换。当主，备用热电偶失效后，稳压器自动关闭和制动器传送到远程控制。

7该系统工作如下。从主信号热电偶Tm1和Tm2通过导电分离器单元IBKR-3和2BKR-3的方式到达调节器。这些信号从储备热电偶TR1和TR2通过适当的渠道方式进入稳压器

在导电分离单元IBKR-2。从主热电偶自动切换稳压器阻塞信号的储备和配方都影响了IBKR-3和2BKR-3信号发生器。

8调节器设置由积分IBPI，这是由操作的配制动控制单元IBRU-3K控制，要么手动设置或从CCC设置。 调节器控制单元通过手动控制方式上的区域气体管道，执行IBRU-U和起动IPBR。如果任何一对热电偶出现故障，IBRU-U机自动切换到“遥控”位置。

9比调节器保持在一个特定的比例于气流的空气消耗率。该系统工作如下。从气流传感器的信号到达通过导电隔板2BKR-2的方式调节器的输入。从气体流中的信号传感器推移导电隔板3BKR-3的方式来计算操作的输入单元IBVO，它是由比率因子相乘。因子的幅度

由积分2BPI，其由手动控制单元2BRU-3K的方式控制设置，CCC认证，或手动二传手RZD。所述〜微克信号变为稳压2RBI-1的输入，其控制由手动控制单元2BRU-U和方式上的区域ALR管驱动器起动机2PBR-2。

10即时控制和加热常规的监测装置安装在面板（图2）上的区域原理的布局，即，所涉及的所有数据即时控制在一个单位分组。参数间歇监控定义该区域中的热条件（在规定的温度和它的电流值和温度差，因为它形成：改变在当前温度值的速度）被使用，以降低面板的尺寸和限制本信息的体积。

11评估参数变化的速度对于直接干预是必不可少，并在过渡进程的条件。除了当前的流速，在规定的空气过剩系数被供给到间歇来自电路控制所述混合的气体与空气流量比监测。窄面仪器，单通道M1730和八通道M1741，被安装在垂直板的倾斜面，以指示被监视的参数。

12参数是由制造的A542双通道自动记录器记录，使用这些工具，其中有小额叶尺寸和可安装在面板上，使之能够容纳它们上一个一米的面板。长约9米高的面板将被要求以适应普通KS2，KS3和KS4系列仪器。

13金属表面温度的新型高温计测量了谱比类型，给予的测量和更稳定的读数的精确度更高。 这些高温计也被用于测量在较低区域中的温度。

14电气控制复杂装置现已在一些自动化的使用项目应用，如在轧钢生产炉单位：加热炉的普遍梁，塔吉尔冶金宽板带轧机联合收割机，顿涅茨克冶金

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